CN216083490U - 机电作动器故障模拟装置及机电作动器故障诊断系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种机电作动器故障模拟装置及故障诊断系统，该故障模拟装置包括：基座；舵面(11)，其旋转设置于所述基座上；机电作动器(12),其设于所述基座上，用于驱动所述舵面(11)摆动；阻尼装置，其用于为所述舵面(11)摆动时提供阻力。通过机电作动器驱动舵面摆动，阻尼装置为舵面摆动时提供阻力，即提供有效的负载，这样可模拟飞行器上机电作动器驱动舵面偏转实现飞行控制，可有效模拟机电作动器在工作过程中发生的物理故障，例如电气故障、传感器故障、减速机齿轮断齿，轴承故障等，有效的生成故障数据，由此可积累其生命周期内的更多故障数据，较易实现对机电作动器的健康监测技术的设计和验证。

Description

机电作动器故障模拟装置及机电作动器故障诊断系统

技术领域

本实用新型涉及航空航天技术领域，具体涉及一种机电作动器故障模拟装置及机电作动器故障诊断系统。

背景技术

飞机健康监测技术越来越成为飞机全生命周期内的主要竞争力之一，而随着多电技术的发展，民用飞机的部分舵面开始采用了机电作动器拖动舵面偏转实行飞行控制，机电作动器体积小、效率高、重量轻、耐久度高、方便维护，因此在飞行器舵面系统中得到了广泛的应用。由于技术较新，生命周期内故障数据积累较少，机电作动器的健康监测技术的设计和验证比较困难。

实用新型内容

(一)实用新型目的

本实用新型的目的是提供一种机电作动器故障模拟装置及机电作动器故障诊断系统，通过机电作动器驱动舵面摆动，阻尼装置为舵面摆动时提供阻力，即提供有效的负载，这样可模拟飞行器上机电作动器驱动舵面偏转实现飞行控制，可有效模拟机电作动器在工作过程中发生的物理故障，有效的生成故障数据，由此可积累其生命周期内的更多故障数据，较易实现对机电作动器的健康监测技术的设计和验证。

(二)技术方案

为解决上述问题，本实用新型的第一方面提供了一种机电作动器故障模拟装置，包括：基座；舵面，其旋转设置于所述基座上；机电作动器,其设于所述基座上，用于驱动所述舵面摆动；阻尼装置，其用于为所述舵面摆动时提供阻力。

优选的，所述基座包括：第一支架；第二支架，其与所述第一支架间隔设置；转轴，所述转轴分别与所述第一支架和第二支架转动连接，所述舵面与所述转轴连接固定，且所述舵面位于所述第一支架和第二支架之间。

优选的，所述舵面的一侧的表面为流线型，所述流线型沿所述舵面的宽度方向设置，所述转轴贯穿于所述舵面的长度方向；所述舵面设有豁口，所述豁口设于所述舵面的长度方向的中间位置；所述豁口处设有第一转接件，所述第一转接件的一端与所述转轴连接固定，所述第一转接件的另一端与所述机电作动器连接。

优选的，所述阻尼装置包括依次连接的联轴器、第二转接件、钢板和第三支架；所述第三支架与所述第二支架间隔设置，所述第二支架位于所述第一支架和所述第三支架之间；所述转轴的一端穿出所述第二支架，且所述转轴向靠近所述第三支架的方向延伸，所述联轴器远离所述第二转接件的一端与所述转轴连接，所述钢板远离所述第二转接件的一端与所述第三支架连接。

优选的，所述第二转接件包括柱体和夹板，所述柱体与所述联转轴器配合，所述柱体远离所述联转轴器的另一端与所述夹板连接，所述夹板远离所述柱体的一侧设有凹槽，所述钢板与所述凹槽配合，所述钢板设为沿所述转轴的中心线延伸。

优选的，所述第三支架的顶面设有凹陷的台阶，所述台阶位于所述第三支架靠近所述钢板的一侧，所述钢板远离所述第二转接件的一端安装于所述台阶上。

优选的，所述基座还包括支撑座；所述机电作动器包括丝杠机构、本体、第一耳座和第二耳座，所述丝杠机构具有丝杆，所述丝杆穿出所述本体的一端，所述丝杆的伸出端与所述第一耳座的一端连接，所述第一耳座的另一端与所述第一转接件铰接；所述第二耳座与所述本体的另一端连接固定，所述第二耳座背离所述本体的另一端与所述支撑座铰接。

优选的，所述舵面具有所述流线型的侧面平行于所述钢板。

优选的，所述基座还包括实验台，所述实验台具有顶板，所述第一支架、第二支架、第三支架和支撑座的底面均与所述顶板连接。

本实用新型的第二方面提供了一种机电作动器故障诊断系统，包括：所述的机电作动器故障模拟装置；故障仿真装置，其用于获取所述机电作动器故障模拟装置的数据，并对该数据进行处理，得到故障仿真模型，并基于所述故障仿真模型，得到目标仿真故障；监控装置，其用于对所述故障仿真装置和所述机电作动器故障模拟装置发送控制指令，并接受所述故障仿真装置和所述机电作动器故障模拟装置发送的数据，以实现对所述故障仿真装置和所述机电作动器故障模拟装置的运行情况进行监控。

(三)有益效果

本实用新型的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

1、本实用新型提供的一种机电作动器故障模拟装置，通过机电作动器驱动舵面摆动，阻尼装置为舵面摆动时提供阻力，即提供有效的负载，这样可模拟飞行器上机电作动器驱动舵面偏转实现飞行控制，可有效模拟机电作动器在工作过程中发生的物理故障，例如电气故障、传感器故障、减速机齿轮断齿，轴承故障等，有效的生成故障数据，由此可积累其生命周期内的更多故障数据，较易实现对机电作动器的健康监测技术的设计和验证。

2、本实用新型提供的一种机电作动器故障诊断系统，通过故障仿真装置用以仿真实物无法模拟的故障，机电作动器故障模拟装置通过实物模拟故障，这样数字与实物联合对故障进行仿真模拟，实现在地面实验室条件下机电作动器的物理/数字仿真与故障注入的仿真测试功能，可支持并促进开展作动器的健康监测技术研究；并通过监控装置易于开展机电作动器的健康监测测试与验证。

附图说明

图1是本实用新型提供的一种机电作动器故障模拟装置的结构示意图；

图2是本实用新型提供的舵面的结构示意图；

图3是本实用新型提供的机电作动器的结构示意图；

图4是本实用新型提供的第一转接件的结构示意图；

图5是本实用新型提供的第二转接件的结构示意图；

图6是本实用新型提供的第三支架的结构示意图；

图7是本实用新型提供的一种机电作动器故障诊断系统的原理示意图；

附图标记：

11-舵面；12-机电作动器；13-第一支架；14-第二支架；15-转轴；16-豁口；17-第一转接件；18-联轴器；19-第二转接件；20-钢板；21-第三支架；22-凹槽；24-支撑座；25-第一耳座；26-第二耳座；27-实验台；28-轴承；29-第一铰轴；30-第二铰轴；

121-丝杆；122-本体；171-螺纹孔；172-开槽；191-柱体；192-夹板；211-台阶；271-顶板；

100-机电作动器故障模拟装置；200-故障仿真装置；300-监控装置。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本实用新型的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本实用新型的概念。

本实用新型实施例的第一方面提供了一种机电作动器故障模拟装置，如图1-图6所示，包括：基座；舵面11，其旋转设置于所述基座上；机电作动器12,其设于所述基座上，用于驱动所述舵面11摆动；阻尼装置，其用于为所述舵面11摆动时提供阻力。通过机电作动器12驱动舵面11摆动，阻尼装置为舵面11摆动时提供阻力，即提供有效的负载，这样可模拟飞行器上机电作动器驱动舵面偏转实现飞行控制，可有效模拟机电作动器12在工作过程中发生的物理故障，例如电气故障、传感器故障、减速机齿轮断齿，轴承故障等，有效的生成故障数据，由此可积累其生命周期内的更多故障数据，较易实现对机电作动器12的健康监测技术的设计和验证。

一些实施例中，所述基座包括：第一支架13；第二支架14，其与所述第一支架13间隔设置；转轴15，所述转轴15分别与所述第一支架13和第二支架14转动连接，所述舵面11与所述转轴15连接固定，且所述舵面11位于所述第一支架13和第二支架14之间。转轴15与舵面11可通过键连接实现同步转动，舵面11位于第一支架13和第二支架14之间，转轴15由第一支架13和第二支架14提供支撑，且分别与第一支架13和第二支架14转动连接，因此第一支架13和第二支架14上均可设置轴承28，当舵面11摆动时提供的阻力加大，即负载加大时，可使转动更平稳；同时轴承28的设置也能有效模拟机电作动器12在工作过程中的实际工况。转轴15可设为阶梯轴，转轴15的中间段的轴径大于两端的轴径，通过第一支架13和第二支架14上的轴承的轴向限位，可防止转轴15的轴向窜动。

示例性实施例中，所述舵面11的一侧的表面为流线型，所述流线型沿所述舵面11的宽度方向设置，所述转轴15贯穿于所述舵面11的长度方向；所述舵面11设有豁口16，所述豁口16设于所述舵面11的长度方向的中间位置；所述豁口16处设有第一转接件17，所述第一转接件17的一端与所述转轴15连接固定，所述第一转接件17的另一端与所述机电作动器12连接。舵面11可设为泡沫舵面，易于制作，舵面11的上表面可设为流线型，这样可模拟舵面工作过程中的实际工况，第一转接件17与转轴15通过键连接固定实现同步转动，机电作动器12与第一转接件17连接后，机电作动器12可推动第一转接件17，继而可带动转轴15转动，可使得舵面11实现摆动。将第一转接件17设置于舵面11的长度方向的中间位置，舵面11位于第一支架13和第二支架14中间，可使得舵面11的摆动更稳定。

一些实施例中，所述阻尼装置包括依次连接的联轴器18、第二转接件19、钢板20和第三支架21；所述第三支架21与所述第二支架14间隔设置，所述第二支架14位于所述第一支架13和所述第三支架21之间；所述转轴15的一端穿出所述第二支架14，且所述转轴15向靠近所述第三支架21的方向延伸，所述联轴器18远离所述第二转接件19的一端与所述转轴15连接，所述钢板20远离所述第二转接件19的一端与所述第三支架21连接。钢板20可选用弹簧钢片制作，钢板20相当于负载，钢板20可采用螺栓固定于第三支架21上，钢板20的另一端通过第二转接件19、联轴器18与转轴15连接，当舵面11发生摆动偏转时，转轴15同步转动，由于钢板20的一端固定，钢板20发生扭转变形，因此为舵面11的偏转运动提供阻尼。

示例性实施例中，所述第二转接件19包括柱体191和夹板192，所述柱体191与所述联轴器18配合，所述柱体191远离所述联轴器18的另一端与所述夹板192连接，所述夹板192远离所述柱体191的一侧设有凹槽22，所述钢板20与所述凹槽22配合，所述钢板20设为沿所述转轴15的中心线延伸。柱体191可插入联轴器18的内孔并与联轴器18连接固定，夹板192上可设有上下贯穿的螺栓孔，钢板20的两端设有位置相对应的螺栓孔，将钢板20插入凹槽22，螺栓穿出螺栓孔并通过螺母拧紧，将钢板20固定于夹板192上。

一些实施例中，所述第三支架21的顶面设有凹陷的台阶211，所述台阶211位于所述第三支架21靠近所述钢板20的一侧，所述钢板20远离所述第二转接件19的一端安装于所述台阶211上。可采用螺栓将钢板20的一端固定于第三支架21上，台阶211低于第三支架21的顶面，钢板20可由台阶211定位，当机电作动器12驱动舵面11发生摆动偏转时，通过台阶211的定位，可使得钢板20与转轴发生同步转动而由于一端的固定发生扭转变形，并提供阻尼达到加大负载的作用；如果钢板20的一端没有台阶211的定位，当转轴15转动的时候，钢板20则易产生与转轴15错位，这样不能为舵面11发生摆动偏转时提供预设的阻尼达到加大负载的作用。

一些实施例中，所述基座还包括支撑座24；所述机电作动器12包括丝杠机构、本体122、第一耳座25和第二耳座26，所述丝杠机构具有丝杆121，所述丝杆121穿出所述本体的一端，所述丝杆121的伸出端与所述第一耳座25的一端连接固定，所述第一耳座25的另一端与所述第一转接件17铰接；所述第二耳座26与所述本体的另一端连接固定，所述第二耳座26背离所述本体的另一端与所述支撑座24铰接。机电作动器12包括电缸、减速机、电机、驱动器、直线位移传感器和内置滚珠丝杠等，机电作动器12通过控制电机转速、带动减速传动机构、驱动滚珠丝杠运动实现力矩输出，内置的滚珠丝杠具有精度高、效率高的特点，能将旋转运动转换成直线运动；第一转接件17与转轴15可通过键连接固定，以实现同步转动；在第一转接件17的侧面上可设有螺纹孔171，该侧面为垂直于转轴15的轴向中心线，螺纹孔171内拧入螺钉，螺钉的端面抵紧转轴15，可防止第一转接件17的轴向窜动，由于第一转接件17设置于舵面11的中间，这样也可同时防止舵面11的轴向窜动；第一转接件17背离转轴15的另一端可设有开槽172，开槽172沿垂直于转轴15的中心线的方向贯穿，第一耳座25插入开槽172内，第一铰轴29贯穿于第一转接件17和第一耳座25；同理，支撑座24上具有两个间隔设置的挡架，第二耳座26可设置于两个挡架之间，第二铰轴30则贯穿于两个挡架和第二耳座26；当机电作动器12的丝杆缩回，在原位时，机电作动器12的轴向中心线垂直于转轴15的中心线；当机电作动器12工作时，丝杆伸出，推动第一转接件17带动转轴15转动时，由于机电作动器12的两端均为铰接，因此机电作动器12的轴向中心线随着第一转接件17的转动而调整，保证了机电作动器12的直线运动及力矩的输出，不会出现卡顿，及造成对机电作动器12的损坏。

一些实施例中，所述舵面11具有所述流线型的侧面平行于所述钢板20。当机电作动器12的丝杆缩回，在原位时，机电作动器12的轴向中心线为水平且垂直于转轴15的中心线，舵面11具有流线型的侧面为水平，且平行于钢板20；当机电作动器12工作时，丝杆伸出，推动第一转接件17带动转轴15转动时，舵面11摆动偏转，同时钢板20扭转变形，使得舵面11偏转运动过程中的负载加大，这样当机电作动器12的丝杆缩回至原位时，钢板20复位，可通过扭矩传感器获得钢板20的加载力矩。

所述基座还包括实验台27，所述实验台27具有顶板271，所述第一支架13、第二支架14、第三支架21和支撑座24的底面均与所述顶板271连接。可采用螺栓将第一支架13、第二支架14、第三支架21和支撑座24固定于实验台27的顶板271上。

本实用新型实施例的第二方面提供了一种机电作动器故障诊断系统，如图7所示，包括：机电作动器故障模拟装置100，故障仿真装置200和监控装置300。故障仿真装置200，其用于获取所述机电作动器故障模拟装置的数据，并对该数据进行处理，得到故障仿真模型，并基于所述故障仿真模型，得到目标仿真故障；监控装置300，其用于对所述故障仿真装置和所述机电作动器故障模拟装置发送控制指令，并接受所述故障仿真装置200和所述机电作动器故障模拟装置100发送的数据，以实现对所述故障仿真装置200和所述机电作动器故障模拟装置100的运行情况进行监控。通过机电作动器故障模拟装置100可有效模拟真件机电作动器12在工作过程中发生的物理故障，例如电气故障、传感器故障、减速机齿轮断齿，轴承故障等，并可通过传感器等将数据发送给监控装置，监控装置300处理后可有效的生成故障数据，以便开展健康监测工作。故障仿真装置200可从监控装置获取到故障数据，或将故障数据输入至故障仿真装置，故障仿真装置对该数据进行处理，可得到故障仿真模型，运行在实时仿真硬件中，用以仿真实物无法模拟的故障；可在故障仿真装置200中建立机电作动系统的全数字仿真模型，并对其进行故障注入与控制，实现故障诊断和状态监控。监控装置300包括上位机，其可向机电作动器故障模拟装置100发送控制指令，例如电机启动或停止的指令，丝杆的伸出长度等；并通过接受所述故障仿真装置200和机电作动器故障模拟装置100发送的数据，以实现对所述故障仿真装置200和所述机电作动器故障模拟装置100的运行情况进行监控，这样易于开展对机电作动器12的健康监测测试与验证。

应当理解的是，本实用新型的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本实用新型的原理，而不构成对本实用新型的限制。因此，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。此外，本实用新型所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (10)

1.一种机电作动器故障模拟装置，其特征在于，包括：

基座；

舵面(11)，其旋转设置于所述基座上；

机电作动器(12),其设于所述基座上，用于驱动所述舵面(11)摆动；

阻尼装置，其用于为所述舵面(11)摆动时提供阻力。

2.根据权利要求1所述的机电作动器故障模拟装置，其特征在于，所述基座包括：

第一支架(13)；

第二支架(14)，其与所述第一支架(13)间隔设置；

转轴(15)，所述转轴(15)分别与所述第一支架(13)和第二支架(14)转动连接，所述舵面(11)与所述转轴(15)连接固定，且所述舵面(11)位于所述第一支架(13)和第二支架(14)之间。

3.根据权利要求2所述的机电作动器故障模拟装置，其特征在于，所述舵面(11)的一侧的表面为流线型，所述流线型沿所述舵面(11)的宽度方向设置，所述转轴(15)贯穿于所述舵面(11)的长度方向；

所述舵面(11)设有豁口(16)，所述豁口(16)设于所述舵面(11)的长度方向的中间位置；

所述豁口(16)处设有第一转接件(17)，所述第一转接件(17)的一端与所述转轴(15)连接固定，所述第一转接件(17)的另一端与所述机电作动器(12)连接。

4.根据权利要求3所述的机电作动器故障模拟装置，其特征在于，所述阻尼装置包括依次连接的联轴器(18)、第二转接件(19)、钢板(20)和第三支架(21)；

所述第三支架(21)与所述第二支架(14)间隔设置，所述第二支架(14)位于所述第一支架(13)和所述第三支架(21)之间；

所述转轴(15)的一端穿出所述第二支架(14)，且所述转轴(15)向靠近所述第三支架(21)的方向延伸，所述联轴器(18)远离所述第二转接件(19)的一端与所述转轴(15)连接，所述钢板(20)远离所述第二转接件(19)的一端与所述第三支架(21)连接。

5.根据权利要求4所述的机电作动器故障模拟装置，其特征在于，所述第二转接件(19)包括柱体(191)和夹板(192)，所述柱体(191)与所述联轴器(18)配合，所述柱体(191)远离所述联轴器(18)的另一端与所述夹板(192)连接，所述夹板(192)远离所述柱体(191)的一侧设有凹槽(22)，所述钢板(20)与所述凹槽(22)配合，所述钢板(20)设为沿所述转轴(15)的中心线延伸。

6.根据权利要求5所述的机电作动器故障模拟装置，其特征在于，所述第三支架(21)的顶面设有凹陷的台阶(211)，所述台阶(211)位于所述第三支架(21)靠近所述钢板(20)的一侧，所述钢板(20)远离所述第二转接件(19)的一端安装于所述台阶(211)上。

7.根据权利要求4所述的机电作动器故障模拟装置，其特征在于，所述基座还包括支撑座(24)；

所述机电作动器(12)包括丝杠机构、本体、第一耳座(25)和第二耳座(26)，所述丝杠机构具有丝杆，所述丝杆穿出所述本体的一端，所述丝杆的伸出端与所述第一耳座(25)的一端连接，所述第一耳座(25)的另一端与所述第一转接件(17)铰接；

所述第二耳座(26)与所述本体的另一端连接固定，所述第二耳座(26)背离所述本体的另一端与所述支撑座(24)铰接。

8.根据权利要求7所述的机电作动器故障模拟装置，其特征在于，所述舵面(11)具有所述流线型的侧面平行于所述钢板(20)。

9.根据权利要求7所述的机电作动器故障模拟装置，其特征在于，所述基座还包括实验台(27)，所述实验台(27)具有顶板(271)，所述第一支架(13)、第二支架(14)、第三支架(21)和支撑座(24)的底面均与所述顶板(271)连接。

10.一种机电作动器故障诊断系统，其特征在于，包括：

如权利要求1-9任一项所述的机电作动器故障模拟装置(100)；

故障仿真装置(200)，其用于获取所述机电作动器故障模拟装置(100) 的数据，并对该数据进行处理，得到故障仿真模型，并基于所述故障仿真模型，得到目标仿真故障；

监控装置(300)，其用于对所述故障仿真装置(200)和所述机电作动器故障模拟装置(100)发送控制指令，并接受所述故障仿真装置(200)和所述机电作动器故障模拟装置(100)发送的数据，以实现对所述故障仿真装置(200)和所述机电作动器故障模拟装置(100)的运行情况进行监控。

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